科學家發現斑馬魚的心臟受損後仍能重新復原,這是首次發現脊椎動物的心臟重生,給治療人類心臟病帶來新希望。
許多研究顯示多種無脊椎動物能夠重新長出攸關生死的器官。但是大部分脊椎動物和所有哺乳動物在心臟受損時只長出傷疤組織而甚少長出心肌。哈佛醫學院和兒童醫院的霍華休斯醫學研究院院究員Mark T. Keating等人發現斑馬魚有心臟重生的能力。他們在移除斑馬魚兩成心臟後兩個月,斑馬魚又重新長回原本移除掉的心臟部份。他們也發現當一個特定的基因突變了,心臟組織就無法重長回去而只長出傷疤組織。
瞭解心臟重生的背後理由是需要遺傳上可操作系統以研究該問題。很少有遺傳上抽述清楚的生物能重生受損心臟,大多數研究心臟重生的科學家注重在無脊椎動物,如渦蟲、扁蟲或水螅。然而這些生物的複雜而未知的基因組使科學家難於操作實驗。科學家曾在脊椎動物研究器官重生,像蠑螈,但牠們的心臟受損後長出傷疤。唯一不同的脊椎動物是斑馬魚。牠可被遺傳操作且基因組已定了序,並且牠們幾乎會再生出所有器官。斑馬魚可以帶領研究人員走出黑暗期。
在斑馬魚的研究中,Keating等人切開成魚腹面,推出兩心室的心臟然後削出頂端約兩成的厚塊。止血後他們把心臟放回身體內。約八成的魚在手術後仍活著。他們在兩個月期間內利用顯微鏡檢察復原情況。他們觀察到,紅血球栓先住傷口,一週後血纖維蛋白形成凝塊,心臟開始長回原來的形狀。後後由心肌等組成組織取代傷口的血纖維蛋白。手術後一個月,全新的心壁長出了。兩個月後,所有傷疤消失了,復原後的心臟的大小、形狀和細胞活動和一般心臟無差異,就像一個正常且健康的心臟。
他們認為心臟重生的觀察同其他器官一樣。靠近傷口的心肌「去分化」成能夠分裂和移動的細胞。這些幹細胞然後生長成心肌細胞直到它們長成一個健全的心臟。雖然許多脊椎動物的研究顯示傷疤是個大問題,但斑馬魚重生的心臟卻沒有或只有少許傷疤。他們推測是重生機制快速壓倒傷疤的形成。
為了測試該理論,他們研究心肌細胞的生長過程被抑制的效果。他們找到有絲分裂檢查站磷酸化酵素Mps1基因突變的魚。當溫度調高至33℃以上時,突變的Mps1就失去作用,這時斑馬魚就無法重生心臟,取而代之的是傷疤。Keating認為這透露了兩個訊息:細胞生長對重生是必要的,並且重生和傷疤是相互競爭的。
Keating對這發現非常興奮並認為這對治療人類心臟病大有助益,如果能夠加強人類重生潛力的而壓過纖維性病變的話。他相信斑馬魚和人類的基因是一樣的,不同之處在於基因調節。
原學術論文:
1) K. D. Poss, L. G. Wilson & M. T. Keating. Heart Regeneration in Zebrafish. Science Dec 13 2002. 298: 2188- 2190.
2) I. C. Scott & D. Y. R. Stainier. Fishing Out a New Heart. Science Dec 13 2002. 298: 2141-2142.
--參考來源:
EurekAlert! (12/12/2002) -- Zebrafish may point the way to mending a broken heart
http://www.eurekalert.org/pub_releases/2002-12/hhmi-zmp121002.php
New Scientist.com (12/12/2002) -- Fish's re-grown heart gives hope for humans
http://www.newscientist.com/news/news.jsp?id=ns99993178
Scientific American (12/16/2002) -- Zebrafish Mend Broken Hearts
http://www.sciam.com/article.cfm?chanID=sa003&articleID=0008C92D-57E8-1DFA-9733809EC588EEDF>
圖片中是小弟的可愛豹紋斑馬魚:)
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